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The optimal path of piston motion for Otto cycle with linear phenomenological heat transfer law 被引量:18
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作者 XIA ShaoJun CHEN LinGen SUN FengRui 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2009年第5期708-719,共12页
An Otto cycle engine with internal and external irreversibilities of friction and heat leakage, in which the heat transfer between the working fluid and the environment obeys linear phenomenological heat transfer law ... An Otto cycle engine with internal and external irreversibilities of friction and heat leakage, in which the heat transfer between the working fluid and the environment obeys linear phenomenological heat transfer law [q ∝△(T -1)], is studied in this paper. The optimal piston motion trajectory for maximizing the work output per cycle is derived for the fixed total cycle time and fuel consumed per cycle. Optimal control theory is applied to determine the optimal piston trajectories for the cases of with and without piston acceleration constraint on each stroke and the optimal distribution of the total cycle time among the strokes. The optimal piston motion with acceleration constraint for each stroke consists of three segments, including initial maximum acceleration and final maximum deceleration boundary segments, respectively. Numerical examples for optimal configuration are provided, and the obtained results are compared with those obtained with Newton’s heat transfer law [q ∝△(T )]. The results also show that optimizing the piston motion can improve power and efficiency of the engine by more than 9%. This is primarily due to the decrease in heat leakage loss on the initial portion of the power stroke. 展开更多
关键词 linear PHENOMENOLOGICAL heat transfer LAW Otto cycle maximum work output optimal PISTON TRAJECTORY finite time THERMODYNAMICS generalized THERMODYNAMIC optimization
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有限势库化学机最大输出功时循环最优构型 被引量:17
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作者 夏少军 陈林根 孙丰瑞 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2010年第5期492-500,共9页
基于有限势容高化学势库和无限势容低化学势库间工作的等温内可逆化学机,在循环总时间一定的条件下,应用最优控制理论导出了一类普适传质规律下对应于最大输出功时化学机循环最优构型.特例分析表明传质定律为g∝△μ(△μ为化学势差)时... 基于有限势容高化学势库和无限势容低化学势库间工作的等温内可逆化学机,在循环总时间一定的条件下,应用最优控制理论导出了一类普适传质规律下对应于最大输出功时化学机循环最优构型.特例分析表明传质定律为g∝△μ(△μ为化学势差)时循环最优构型为低化学势侧工质中关键组分的化学势(或浓度)为常数,而工质与有限势容高化学势库间关键组分的化学势(或浓度)均随时间呈非线性变化且化学势之差(浓度之比)为常数的等温内可逆化学机循环;传质定律为g∝△c(△c为浓度差)时循环最优构型与传质定律g∝△μ下循环最优构型存在显著不同;当高化学势库也为无限势容化学势库时,循环最优构型由两个等化学势传质分支和两个等质量流率分支组成,且与具体的传质定律无关.本文的研究对象具有一定的普适性,研究结果对于实际化学机的优化设计与最优运行具有一定参考价值. 展开更多
关键词 等温内可逆化学机 最大输出功 最优控制 有限时间热力学 广义热力学优化
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Optimal paths for a light-driven engine with a linear phenomenological heat transfer law 被引量:14
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作者 MA Kang, CHEN LinGen & SUN FengRui Postgraduate School, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China 《Science China Chemistry》 SCIE EI CAS 2010年第4期917-926,共10页
An irreversible light-driven engine is described in this paper, in which the heat transfer between the working fluid and the environment obeys a linear phenomenological heat transfer law [ q ∝Δ(T -1)], with a workin... An irreversible light-driven engine is described in this paper, in which the heat transfer between the working fluid and the environment obeys a linear phenomenological heat transfer law [ q ∝Δ(T -1)], with a working fluid composed of the bimolecular reacting system 2SO 3 F■S 2 O 6 F2. Piston trajectories maximizing work output and minimizing entropy generation are determined for such an engine with rate-dependent loss mechanisms of friction and heat leakage. The optimal control theory is applied to determine the optimal configurations of the piston motion trajectory and the fluid temperature. Numerical examples for the optimal configuration are provided, and the obtained results are compared with those derived with Newtonian heat transfer law [ q ∝Δ(T )]. 展开更多
关键词 linear PHENOMENOLOGICAL heat transfer LAW maximum work output minimum ENTROPY generation IRREVERSIBLE lightdriven ENGINE optimal control finite time THERMODYNAMICS
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线性唯象传热定律下光驱动发动机的最优路径 被引量:14
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作者 马康 陈林根 孙丰瑞 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2010年第8期1035-1045,共11页
以存在热漏、摩擦等不可逆性,以双分子反应系统2SO3FS2O6F2为工质的光驱动发动机为研究对象,考虑工质与环境之间传热服从线性唯象传热定律[q∝Δ(T-1)],分别以输出功最大和熵产生最小为目标对整个循环活塞运动的最优路径进行研究.利用... 以存在热漏、摩擦等不可逆性,以双分子反应系统2SO3FS2O6F2为工质的光驱动发动机为研究对象,考虑工质与环境之间传热服从线性唯象传热定律[q∝Δ(T-1)],分别以输出功最大和熵产生最小为目标对整个循环活塞运动的最优路径进行研究.利用最优控制理论得出了活塞运动路径及工质温度的最优构型,给出了最优构型的数值算例,并与牛顿传热定律[q∝Δ(T)]下的最优构型进行了比较. 展开更多
关键词 线性唯象传热定律 最大输出功 最小熵产生 不可逆光驱动发动机 最优控制 有限时间热力学
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Maximum work configurations of finite potential capacity reservoir chemical engines 被引量:9
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作者 Xia, ShaoJun Chen, LinGen Sun, FengRui 《Science China Chemistry》 SCIE EI CAS 2010年第5期1167-1175,共9页
An isothermal endoreversible chemical engine operating between the finite potential capacity high-chemical-potential reservoir and the infinite potential capacity low-chemical-potential reservoir has been studied in t... An isothermal endoreversible chemical engine operating between the finite potential capacity high-chemical-potential reservoir and the infinite potential capacity low-chemical-potential reservoir has been studied in this work.Optimal control theory was applied to determine the optimal cycle configurations corresponding to the maximum work output per cycle for the fixed total cycle time and a universal mass transfer law.Analyses of special examples showed that the optimal cycle configuration with the mass transfer law g∝△μ,where△μis the chemical potential difference,is an isothermal endoreversible chemical engine cycle,in which the chemical potential(or the concentration) of the key component in the working substance of low-chemical-potential side is a constant,while the chemical potentials(or the concentrations) of the key component in the finite potential capacity high-chemical-potential reservoir and the corresponding side working substance change nonlinearly with time,and the difference of the chemical potentials(or the ratio of the concentrations) of the key component between the high-chemical-potential reservoir and the working substance is a constant.While the optimal cycle configuration with the mass transfer law g∝△μc,where △μc is the concentration difference,is different from that with the mass transfer law g∝△μ significantly.When the high-chemical-potential reservoir is also an infinite potential capacity chemical potential reservoir,the optimal cycle configuration of the isothermal endoreversible chemical engine consists of two constant chemical potential branches and two instantaneous constant mass-flux branches,which is independent of the mass transfer law.The object studied in this paper is general,and the results can provide some guidelines for optimal design and operation of real chemical engines. 展开更多
关键词 ISOTHERMAL ENDOREVERSIBLE CHEMICAL engine maximum work output optimal control FINITE time thermodynamics generalized thermodynamic optimization
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一类普适电化学反应系统的最优电流路径 被引量:6
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作者 夏少军 陈林根 王超 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期1025-1039,共15页
本文研究了一类普适反应类型(aA+bB■xX+yY)下有限时间与非零反应速率的电化学系统,考虑活化过电位、欧姆过电位和浓度过电位等各种内部不可逆性损失,应用有限时间热力学和最优控制理论分别导出了理想搅拌式和耗散流两类燃料电池最大输... 本文研究了一类普适反应类型(aA+bB■xX+yY)下有限时间与非零反应速率的电化学系统,考虑活化过电位、欧姆过电位和浓度过电位等各种内部不可逆性损失,应用有限时间热力学和最优控制理论分别导出了理想搅拌式和耗散流两类燃料电池最大输出功与最大利润时最优电流路径.结果表明:对于理想搅拌式燃料电池,无论是以最大输出功还是以最大利润为优化目标,其最优电流均随时间保持为常数,与过电位损失大小无关;对于耗散流燃料电池,其最大输出功时电压-电流特性曲线呈类抛物线规律变化,最大输出功时电流随时间呈现前半段急剧减小而后半段变化量较小的变化规律,而最大利润时电流随时间呈现前半段急剧减小而后半段急剧增加的变化规律,两种不同目标下电流最优路径间存在显著不同;反应级数的变化对不同目标下的优化结果也有显著影响,简单反应(A+B■X+Y)电化学系统下最大输出功时电流随电压的增加为典型的抛物线关系,而复杂反应(A+2 B■2 X+Y)电化学系统下最大输出功时电流随电压的增加在多数情形下呈近似的单调增加.本文研究结果对实际电化学系统的最优设计与运行具有一定的理论指导意义. 展开更多
关键词 电化学系统 最大输出功 最大利润 最优控制 有限时间热力学 广义热力学优化
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理想玻色气体布雷顿循环的性能分析 被引量:3
7
作者 刘静宜 林比宏 《应用科学学报》 CAS CSCD 2004年第2期242-246,共5页
利用理想玻色气体的压强和粒子数密度表达式,导出了理想玻色气体的态方程.根据态方程和玻色气体的热力学性质,获得以理想玻色气体为工质的布雷顿热机效率和输出功的普遍表达式,分析气体的量子简并性对布雷顿热机性能的影响.结果表明,以... 利用理想玻色气体的压强和粒子数密度表达式,导出了理想玻色气体的态方程.根据态方程和玻色气体的热力学性质,获得以理想玻色气体为工质的布雷顿热机效率和输出功的普遍表达式,分析气体的量子简并性对布雷顿热机性能的影响.结果表明,以理想玻色气体为工质的布雷顿热机的输出功比以理想气体为工质的大,而热机效率不受量子简并性的影响.所得结论可对量子简并条件下工作的布雷顿热机的设计提供理论依据. 展开更多
关键词 理想玻色气体 布雷顿循环 量子简并 热机效率 最大输出功
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一类有限热源多级连续卡诺热机系统的最大输出功 被引量:3
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作者 李俊 陈林根 孙丰瑞 《热科学与技术》 CAS CSCD 2006年第4期335-338,共4页
对高低温热源均为有限热源的多级连续卡诺热机系统最大输出功的最优温度曲线进行了研究,利用最优控制理论得出了其最优温度曲线为驱动流体温度随流速和过程时间成指数变化,求出了其最大输出功,并与低温热源为无限热源下的结果进行了比较。
关键词 有限热源 多级连续卡诺热机 最大输出功 最优控制
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电池在最大输出功时的负载匹配和放电时间选择 被引量:2
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作者 施哲强 陈金灿 《厦门大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2001年第4期868-872,共5页
一个具有内耗散的电池模型被用来分析电池在最大输出功时的性能特性 .对负载的匹配问题和放电时间的选择问题作了较详细的讨论 .
关键词 电池 内耗散 最大输出功 负载匹配 放电时间
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辐射传热时活塞式气缸中加热气体的最大膨胀功 被引量:1
10
作者 宋汉江 陈林根 孙丰瑞 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2009年第2期6-11,共6页
对热辐射传热定律q.∝Δ(T4)下,给定初态内能、体积,末态体积以及过程时间时,加热气体膨胀的最优构型进行了研究,利用最优控制理论得出最大膨胀功输出时膨胀的最优构型由两个瞬时绝热分支和一个E-L分支组成的结论。给出了各分支之间转... 对热辐射传热定律q.∝Δ(T4)下,给定初态内能、体积,末态体积以及过程时间时,加热气体膨胀的最优构型进行了研究,利用最优控制理论得出最大膨胀功输出时膨胀的最优构型由两个瞬时绝热分支和一个E-L分支组成的结论。给出了各分支之间转换点参数的求解方法及最优构型的数值算例,最后将线性唯象传热定律、牛顿传热定律、平方传热定律、立方传热定律和辐射传热定律下加热气体膨胀的最优构型进行了比较。结果显示,随着传热指数的增加,理想气体的内能呈现出明显的整体增加趋势,而体积则呈现出明显的整体减小趋势。 展开更多
关键词 辐射传热定律 最优膨胀 最大功 最优构型 有限时间热力学 广义热力学优化
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